鈦合金TC4銑削試驗研究

摘 要：本文通過對TC4鈦合金鍛件進(jìn)行單因素銑削實驗，得出其切屑形態(tài)隨著銑削深度ap的增大將由緊密螺旋狀逐漸變?yōu)樗缮畹慕Y(jié)論。通過銑削率模型，找到了在特定銑削速度和進(jìn)給速度下，銑削鈦合金的最佳深度范圍，對于鈦合金銑削加工具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鈦合金；切屑形態(tài)；銑削深度；銑削體積；銑削時間；銑削率

0引言

鈦合金具有質(zhì)量輕、強度高、高溫性能好、耐腐蝕等許多優(yōu)點.在航空航天、船舶和化工等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用。但由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低、摩擦因數(shù)大、彈性模量小、化學(xué)活性大、切屑與前刀面的接觸面積小，使得鈦合金切削加工性較差。

目前TC4應(yīng)用比較廣泛，是以α相為主的雙相合金，β相一般少于30%，其綜合性能好，組織穩(wěn)定，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能。但是，在高速條件的切削力、切削溫度以及刀具磨損機理等方面還有很多現(xiàn)象解釋不清，對工件的表面質(zhì)量的影響方面等問題，針對這些問題國內(nèi)外學(xué)者做過很多研究。

Narutaki對鈦合金TC4的切削力和切削溫度進(jìn)行研究得到：切削鈦合金時刀具磨損并非切削力所致，而切削溫度是致使鈦合金難以繼續(xù)切削的主要原因。F. Klocke， N等人在分析和實驗的基礎(chǔ)上，對涂層硬質(zhì)合金刀具銑削TC4的效率進(jìn)行了評價，用有限元的方法對切削時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行分析。

1試驗材料及過程

1.1試驗材料

試驗材料為TC4鈦合金鍛件，尺寸為290mm×192 mm×65mm，其化學(xué)成分見表1。

表1 TC4鈦合金的化學(xué)成分%

1.2試驗條件與過程

圖1 銑削實驗現(xiàn)場 1.主軸 2.立銑刀 3.實驗工件 4.工作

2實驗結(jié)果及分析

2.1實驗結(jié)果

（1）不同銑削深度下銑削鈦合金所得的切屑形態(tài)宏觀照片，如圖3，從圖中可以看出：鈦合金切屑較短，并以曲面形狀彎曲，外部光滑明亮，內(nèi)部粗糙暗黑，肉眼可看到切屑表面存在鋸齒紋理；不同銑削深度ap所對應(yīng)的切屑形態(tài)也不一致，且隨ap值的增加，鈦合金切屑基本上呈現(xiàn)由較緊密的螺旋狀，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌木砬鸂畹奶攸c。

（1） ap=0.82mm （2）ap=1.82mm （3）ap=2.94mm

圖2 不同銑削深度ap下鈦合金的切屑形態(tài)

（2）每刀銑削體積和每刀銑削時間

每刀銑削體積，是指立銑刀在每個臺階面所切除的鈦合金體積總量，用V表示，單位為mm-3。

總長度，用T表示，單位為s，實驗結(jié)果用秒表測得。

2.2實驗分析

（1）鈦合金切屑形成過程

在金屬切削加工時，切屑卷曲是金屬切削過程的一種基本現(xiàn)象，當(dāng)切屑沿前刀面流動時，切屑底層的流動速度較切屑的其他部分緩慢得多，產(chǎn)生了滯留現(xiàn)象，并發(fā)生了二次塑性變形，于是切屑以曲面形狀彎曲。

圖3 切屑的形成過程示意圖

TC4鈦合金變形系數(shù)s約為1，加工時，經(jīng)常出現(xiàn)擠裂切屑，可以在（1.5-4800）m/min的切削速度范圍內(nèi)形成鋸齒狀切屑。與通常的帶狀切屑不同，鈦合金的切屑是由許多微小的單元組成的，鈦合金的切削變形有典型的局部剪切特征，一個切屑單元由變形很小的屑段和剪切變形極大的集中剪切區(qū)兩部分組成。在屑段的內(nèi)部，沒有明顯的變形現(xiàn)象，而在屑段連接的地方，材料發(fā)生了明顯的剪切變形，形成了集中剪切區(qū)。

（2）鈦合金銑削率η與銑削深度ap之間的關(guān)系

圖4 銑削率和銑削深度的η-ap關(guān)系圖

3結(jié) 論

通過對鈦合金TC4進(jìn)行銑削試驗及結(jié)果分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）銑削深度對鈦合金切屑形態(tài)有一定影響。鈦合金切屑有鋸齒紋理，且隨著由緊密的螺旋狀形態(tài)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌木砬鸂钚螒B(tài)。

（2）銑削率η與銑削深度關(guān)系密切，銑削深度越大，銑削率越大，且變化明顯。因此，為提高鈦合金銑削率，可采用增加銑削深度的方法予以實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張喜燕，趙永慶，白晨光.鈦合金及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)大學(xué)出版社，2005.3.

[2]張泠，劉海東.鈦合金高速銑削試驗研究[J].煤礦機械，2007，28（12）：113-115.

作者簡介：張宇建（1991—），男，浙江省龍游縣，西華大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向：機械設(shè)計及理論。